基于單片機無線門禁系統(tǒng)的設(shè)計

何薇

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的簡化，使得很多信息技術(shù)應(yīng)用在我們的生活中。而無線門禁技術(shù)就是其中的一種，現(xiàn)在人們的生活水平越來越高，許多的隱私、財產(chǎn)都涉及到安全問題，所以無線門禁系統(tǒng)就應(yīng)運而生，它給我們的生活帶了許多便利，自動識別技術(shù)識別進出人員身份是它的主要功能。

1 設(shè)計整體說明

門禁系統(tǒng)主要由門禁控制器、讀卡器、電控鎖、門磁傳感器、識別卡、通信管理器、管理主機、管理軟件等組成。典型門禁系統(tǒng)構(gòu)成見圖1.1-1。讀卡器來識別身份，將電控鎖來控制門的開關(guān)，門禁控制器是系統(tǒng)的總指揮，它來決定是否為本系統(tǒng)已授予權(quán)限的卡，該卡是否符合所設(shè)定的擁有合理的權(quán)限，從而判斷它是否可以在合理的時間開門。

門禁控制器是整個系統(tǒng)的總指揮部分，對門鎖的開關(guān)和判斷卡片的合理等都由它來控制完成，整體的控制命令和傳輸?shù)男畔⒂涗浂冀?jīng)過控制器來傳輸，它還涉及到門鎖的狀態(tài)，和記錄存儲進出用戶信息和時間等等。

1.2 門禁系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)計

本設(shè)計的傳輸方式是采用無線傳輸?shù)姆绞健Ｓ芍骺匦酒琇M3S8962通過無線模塊nRF905發(fā)送與接收來自多個門禁提供的信息。除此之外，本設(shè)計還帶有鍵盤輸入密碼解鎖功能，用于新進人員或訪客。當(dāng)我們把一張IC卡經(jīng)發(fā)射端把8個十六進制的卡號發(fā)來后，然后接收端就提取發(fā)送來的卡號與門禁控制器中存儲的卡號進行校對。當(dāng)需要密碼輸入時，輸入密碼與系統(tǒng)中的校對，進行驗證，方法根據(jù)卡號判斷的方法相當(dāng)。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1門禁控制器的簡介

2.1.1門禁控制器的功能簡介

此為門禁系統(tǒng)的最重要的核心部分。這里主要采用LM3S8962芯片為主控芯片。此門禁系統(tǒng)采用了兩種管理辦法，一是刷卡識別，另一種是密碼識別。以下是對這兩種的簡介。

密碼門禁系統(tǒng)：通過矩陣鍵盤輸入密碼，判斷密碼正確就驅(qū)動電鎖，解鎖放行。優(yōu)點：簡潔方便，成本低。缺點：等待麻煩。

刷卡門禁系統(tǒng)：依照卡的種類又分為兩種，一種是接觸卡門禁系統(tǒng)（磁條卡條碼卡），另一種是非接觸卡門禁系統(tǒng)。

這個芯片的微控制器基于ARM CortexTM-M3的控制器，這個是采用高性能的32位運算能力。這款的傳統(tǒng)芯片所有型號都是以小占位面積的封裝的形式，大大節(jié)省的使用空間。以價位的器件來享受享受高達32位的性能。

2.2電控鎖驅(qū)動電路

讀卡器接收卡號后。判斷該卡號的是否有授權(quán)合理，如果卡號有合理授權(quán)，則執(zhí)行開門信號。即將單片機主控設(shè)備的P2.7置為低電平0。以下的測試點A轉(zhuǎn)變變?yōu)楦唠娖?后，與此同時光電隔離器工作，那么接下來三極管選擇導(dǎo)通，繼而電器線圈驅(qū)動電路，開關(guān)執(zhí)行閉合，電鎖就可以打開。

2.3 4×4矩陣鍵盤硬件電路

簡易設(shè)置矩陣鍵盤硬件電路圖，它主要采用中斷方式來判斷按鍵輸入，若其中有一個按鍵被按下，那么兩個端口就會發(fā)生變化，于是內(nèi)部原先設(shè)定的程序，在這里系統(tǒng)可以判斷哪個鍵被按下。功能鍵包含六種：即左移或右移鍵，用來選擇性控制；取消鍵，用于當(dāng)輸入錯誤數(shù)字。

2.4 驅(qū)動電路

電路功能是當(dāng)輸入密碼，由系統(tǒng)驗證后符合管理權(quán)限，就按開門鍵或關(guān)門鍵來控制門禁系統(tǒng)，這里控制門控系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備。環(huán)境就要確保額定工作電壓為+5V，額定工作電流最大為70mA，因為CC430F5135的I/O輸出電壓為+3V，故不能直接驅(qū)動繼電器工作，那么就需要加一個三極管作為開關(guān)來控制繼電器的總開關(guān)，繼電器繼而接收CC430F5135的主流控制信息來完成相應(yīng)的控制程序的操作。

2.5 無線模塊

本設(shè)計使用的無線模塊為nRF905，就表示集成了nRF905的外圍所需的器件， 包含一個鞭狀天線， 傳送距離可到300m以上，其引腳可以工作在433/868/915MHz的ISM主控頻段。模塊微控制器通信與SPI接口，這里系統(tǒng)滿足了簡單、快速、高效。

3 軟件設(shè)計

3.1 通信協(xié)議

這里的PC機與主控設(shè)備間的設(shè)置包括：給予下載制定權(quán)限的卡號、給予上傳讀卡人信息的上傳與讀卡的瞬時時刻等等。

3.2 門禁管理軟件

該系統(tǒng)采用Visual FoxPro為前臺開發(fā)工具，主要由權(quán)限模塊為管理模塊，主要是用于管理系統(tǒng)的定義；卡片管理模塊，制定或刪除序列號、卡號；控制器管理模塊。而且這里的主程序設(shè)計主要采用密碼控制和非接觸式卡片控制的管理模式，其任選一種都可執(zhí)行。主控程序由PC機控制，方式由自定義選擇。此程序采用串口執(zhí)行的主要程序，用調(diào)用發(fā)生函數(shù)來判斷。其執(zhí)行過程要通過兩種類型的判斷，傳輸如遇到可執(zhí)行函數(shù)判斷，則開始執(zhí)行，經(jīng)采集傳輸數(shù)據(jù)后，最終進行總線據(jù)傳輸?shù)介T禁核心器中判斷。

3.4 對稱密鑰密碼體制

這里體制中加密密鑰和解密密鑰一樣。在所有的范圍內(nèi)，通信雙方享用一個共同密鑰k，一方用密鑰k加密明文，產(chǎn)生密文；另一方用密鑰k解密密文，解析出恢復(fù)說明文。

我們這里把加密與解密詳細過程統(tǒng)一標(biāo)柱為：（m∈M明文空間，Ek表示加密算法，Dk表示解密算法）

C=Ek（m）

m=Dk（C）

m=Dk（Ek（m））

加密算法就和解密算法一樣，系統(tǒng)的判斷分組的明文信息是根據(jù)密鑰執(zhí)行一系列可逆的擴散與混亂總體算法。

3.5非對稱密鑰密碼

其實在對稱密鑰密碼系統(tǒng)中，人們發(fā)現(xiàn)它有兩種主要缺陷：

密鑰管理系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，比如，在一個具有多個用戶的相互通訊系統(tǒng)中，那么需要有Cn2個密鑰，n表示多個用戶，n很大時，就會變得維護密鑰的安全變得復(fù)雜。

對稱密鑰系統(tǒng)只有在小的范圍內(nèi)能保證獲取的信息，如用戶身份的真實性的可靠；而在大的范圍內(nèi)，這樣的對稱性確不能保障。

4 結(jié)束語

本次設(shè)計所提出的基于單片機的門禁系統(tǒng)應(yīng)用于住宅辦公區(qū)域、小區(qū)以及一些重要區(qū)域。無線門禁系統(tǒng)更加方便和更加節(jié)約成本，能有效的防止不速之客的進入，為了創(chuàng)造更加安全的信息環(huán)境，為了更加健康安全的和諧社會。這種門禁系統(tǒng)所使用的IC不易污損，能夠重復(fù)使用，極大地保障了門禁系統(tǒng)的高效、便捷、智能。隨著未來電子通信技術(shù)的進步，我相信在以后無線門禁系統(tǒng)應(yīng)用就會越來越廣泛。

參考文獻：

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